KR100688329B1 - Spread spectrum system communication unit and its method for establishing high speed synchronization - Google Patents

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가부시키가이샤 수우리 섹케이 겐큐쇼
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    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/7073Synchronisation aspects

Abstract

반송파의 주파수와 위상을 수신측에 있어서 엄밀하게 알고 있지 않은 상태라도, 고속동기 확립을 가능하게 한다.It is possible to establish high-speed synchronization even in a state where the frequency and phase of the carrier wave are not strictly known on the receiving side.

토글 검출부(101)와 복조부(105)를 가지는 스펙트럼 확산방식의 통신장치로서, 토글 검출부(101)는, 수신 신호 반송파의 속에 존재하는 토글점의 후보를 검출하고, 복조부(105)는, 그 검출 결과를 바탕으로 계산된 시프트량에 따라서 시프트시킨 확산 부호를, 수신 신호에 승산함으로써, 수신 신호를 복조한다.As a spread spectrum communication device having a toggle detector 101 and a demodulator 105, the toggle detector 101 detects a candidate of a toggle point existing in a received signal carrier, and the demodulator 105 The received signal is demodulated by multiplying the received signal by the spread code shifted according to the shift amount calculated based on the detection result.

반송파, 고속동기 확립, 토글 검출부, 복조부, 시프트량, 토글점, 수신 신호 Carrier, high speed synchronization establishment, toggle detection unit, demodulation unit, shift amount, toggle point, received signal

Description

스펙트럼 확산방식의 통신장치, 및, 그 고속동기 확립법{SPREAD SPECTRUM SYSTEM COMMUNICATION UNIT AND ITS METHOD FOR ESTABLISHING HIGH SPEED SYNCHRONIZATION}SPECT SPECTRUM SYSTEM COMMUNICATION UNIT AND ITS METHOD FOR ESTABLISHING HIGH SPEED SYNCHRONIZATION

본 발명은, 스펙트럼 확산방식의 통신장치, 특히, 초저전력의 장거리 통신을 실현할 수 있는 통신장치, 및, 그 고속동기 확립법에 관한 것이다.The present invention relates to a spread spectrum communication device, in particular a communication device capable of realizing ultra low power long distance communication, and a high speed synchronization establishment method thereof.

현재에서는, 무선LAN이나 휴대전화 등의 무선 시스템이 광범위하게 보급되어 있다. 이들 무선 시스템은, 보다 대량의 정보를 보다 고속으로 송수신할 수 있는 것을 목표로 하여, 나날이 개량이 진행되고 있다.Currently, wireless systems such as wireless LANs and cellular phones are widely used. These radio systems aim to be able to transmit and receive a large amount of information at higher speed, and improvements are being made day by day.

그러나, 현재의 사회에서는, 하나의 정보원으로부터 그다지 막대한 정보를 필요로 하지 않는 분야도 많이 존재한다. 예를 들면, 병원내 전역의 무선 너스 콜을 포함하는 의료계, 기상계, 방재계, 환경계(동물의 생식 조사, 경보 등)의 분야에 있어서는, 1분에 100비트정도의 정보량으로 충분한 경우가 많다. 또한, 사태의 경보에서는, 매초 1비트의 정보량이라도 좋다.However, in the present society, there are many fields that do not require a great deal of information from one source of information. For example, in the fields of medical systems, meteorological systems, disaster prevention systems, and environmental systems (animal reproduction investigations, alarms, etc.) including wireless nurse calls throughout the hospital, information amount of about 100 bits per minute is often sufficient. . In addition, in the alarm of a situation, the information amount of 1 bit per second may be sufficient.

이러한 분야에 있어서는, 무선LAN이나 휴대전화 등에 관한 기술을 그대로 적용해도, 소비전력이나 가격 코스트의 면으로부터 실용화는 곤란하다. 여기에서는, 1통신당의 전력, 가격 코스트가 작고, 그리고 상당한 거리를 극복할 수 있도록 한 무선 시스템(초저전력의 장거리통신 무선 시스템)이 요구된다. 더 구체적으로 항목을 들면, 이하와 같은 성능이 요구된다.In such a field, even if the technology related to a wireless LAN, a cellular phone, or the like is applied as it is, practical use is difficult from the viewpoint of power consumption and cost cost. Here, a radio system (ultra low power long distance communication radio system) is required which can overcome power, price cost per communication, and considerable distance. More specifically, for the items, the following performance is required.

·50nW출력정도로 실현할 수 있는 것Able to realize 50nW output

·장거리통신(예를 들면 100m)을 실현할 수 있는 것· Long distance communication (eg 100 m)

·매초 1-10비트정도의 정보를 송수신할 수 있는 것Capable of transmitting and receiving information of 1 to 10 bits per second

또한, 상기한 바와 같이, 송수신되는 정보량은 적어도 상관없으므로, 통신 속도는 고속일 필요는 없다.As described above, since the amount of information transmitted and received is at least irrelevant, the communication speed need not be high speed.

그런데, 장거리통신에 있어서 초고감도를 얻기 위해서는, 전송매체(전파, 음파, 또는, 광파)의 「식별 능력」이 필요하며, 이 「식별 능력」은, 수신 대역폭에 지배된다. 수신 대역폭이 커지면, 자연 잡음전력도 이것에 비례해서 커지고, 또, 타통신과의 혼신 확률도, 비례적으로 증대한다. 따라서, 수신 대역폭을 극도로 작게 하면, 이것에 비례해서 도달 거리는 늘어나게 된다.By the way, in order to obtain ultra-high sensitivity in long distance communication, the "identification capability" of the transmission medium (radio wave, sound wave, or light wave) is required, and this "identification capability" is governed by the reception bandwidth. As the reception bandwidth increases, the natural noise power also increases in proportion to this, and the probability of interference with other communications also increases proportionally. Therefore, when the reception bandwidth is made extremely small, the reach distance increases in proportion to this.

또, 수신 대역폭을 작게 했을 경우에는, 필요전력도 작게 할 수 있다. 예를 들면, 일반의 업무용FM(주파수변조)은 20kHz정도이므로, 이것을 1Hz까지 좁히면, 필요전력은 2만분의 1이 된다. 10mW 특별 소전력의 2만분의 1은, 0.5㎼가 된다. 10W의 아마추어 무선으로 세계와 교신할 수 있지만, 수신 대역폭을 1Hz까지 좁혔을 경우, 필요전력은 그 2만분의 1, 즉, 0.5mW로 가능하게 된다.In addition, when the reception bandwidth is reduced, the required power can also be reduced. For example, since the general commercial FM (frequency modulation) is about 20 kHz, if it is narrowed down to 1 Hz, the required power becomes 1/2000. One-half of 10mW special small power becomes 0.5mW. Although the 10W amateur radio can communicate with the world, when the reception bandwidth is reduced to 1Hz, the required power is possible at 1/20 of that, 0.5mW.

이렇게, 수신 대역폭을 작게(예를 들면, 상기와 같이 1Hz정도까지 작게) 함으로써, 상기와 같은 요구에 대응한 「초저전력의 장거리통신 무선 시스템」을 실현할 수 있는 가능성이 있다.In this way, by reducing the reception bandwidth (for example, as small as about 1 Hz as described above), there is a possibility that an "ultra low power long distance communication wireless system" corresponding to the above requirements can be realized.

그러나, 150MHz 수정발진기의 주파수정밀도는 15ppm정도이며, 주파수편차는 3kHz에 까지 이른다. 이 「3kHz」라는 주파수편차는, 상기 예에 있어서의 「1Hz」와 3000배의 차이가 있다. 따라서, 3개마다 주파수를 사용했다고 해도, 1000ch분의 폭을 찾아 다니지 않으면 안되고, 또, 단순히 수신 대역폭을 작게 하는 것 만으로는, 기존 통신의 혼신을 배제하는 것은 곤란하다.However, the frequency accuracy of the 150MHz crystal oscillator is about 15ppm and the frequency deviation reaches up to 3kHz. This frequency deviation of "3 kHz" is 3000 times different from "1 Hz" in the above example. Therefore, even if the frequency is used every three, it is necessary to find a width of 1000 ch, and it is difficult to exclude the interference of the existing communication simply by reducing the reception bandwidth.

그래서, 수신 대역폭을 작게 한, 즉, 「작은 점유 대역폭의 장거리통신」에, 스펙트럼 확산 통신 방법의 적용을 생각해 본다. 실용 가능한 범위에서 스펙트럼 확산 통신 방법을 적용할 수 있으면, 반송파를 찾아 다니거나 할 필요 없이, 혼신을 적합하게 배제할 수 있다.Therefore, consider the application of the spread spectrum communication method to the reception bandwidth is reduced, i.e., "long distance communication with a small occupied bandwidth". If the spread spectrum communication method can be applied within a practical range, interference can be appropriately eliminated without having to search for a carrier wave.

여기에서, 스펙트럼 확산 통신 방법에 대해서 간단하게 설명한다. 이 통신 방법은, 1960년대에 군사·우주통신의 분야에서 개발이 시작되고, 현재에서는 휴대전화의 CDMA(부호 분할 다중), 퍼스널 컴퓨터 주변의 근거리통신(블루투스), 무선LAN(Local Area Network) 등에 있어서 널리 이용되고 있다.Here, the spread spectrum communication method will be described briefly. This communication method was developed in the field of military and space communication in the 1960s, and is currently used in CDMA (code division multiplexing) of mobile phones, near field communication (Bluetooth) around personal computers, and wireless LAN (Local Area Network). It is widely used.

원래, 스펙트럼 확산 통신은 두개의 측면을 가지고 있었다. 즉, 하나는, 매우 미약한 전파로 장거리 통신하는 군사, 위성통신의 면이며, 또 하나는, 같은 주파수로 복수의 통신 경로를 유지하는 다중통신의 면이었다. 현재, 카 네비게이션에 사용되고 있는 GPS(Global Positioning System)는, 전자의 장거리 통신에 역점을 두고 운용되고, 그 이외의 모두는 후자의 다중통신에 역점을 두고 운용되고 있다.Originally, spread spectrum communication had two aspects. That is, one side is military and satellite communication in long distance communication with very weak radio waves, and the other side is multiple communication in which a plurality of communication paths are maintained at the same frequency. Currently, the GPS (Global Positioning System) used for car navigation is operated with the emphasis on the long distance communication of the former, and all others operate with the emphasis on the latter multiplexing.

스펙트럼 확산 통신에 있어서는, 송신측에 있어서 반송파를 변조(확산)하기 위해서 사용된 확산 부호를, 동기(전송 지연 시간분만큼 확산 부호의 위상을 시프트 해서 동기를 취한다.)시킨 뒤에 수신 신호에 승산(乘算)함으로써, 수신측에 있어서 원래의 반송파를 재현하고 있다. 이렇게 하여 원래의 반송파를 재현하는 것을, 「역확산」또는 「복조」라고 한다.In spread spectrum communication, a spreading code used for modulating (spreading) a carrier wave on a transmitting side is multiplied by a received signal after synchronizing (shifting the spreading code phase by a transmission delay time). By (iii), the original carrier is reproduced on the receiving side. Reproducing the original carrier in this manner is referred to as "despreading" or "demodulation".

역확산을 행할 경우, 승산하려고 하는 확산 부호를, 전송 지연 시간분만큼 위상 시프트시키는 것이 필요하게 되지만, 전송 지연 시간을 수신측에 있어서 알고 있지 않은 상태에서 수신을 성공시키기 위해서는, 확산 부호를 조금씩 슬라이드시키면서 역확산(복조)조작의 시행을 되풀이하고(예를 들면, 확산 부호에 주어야 할 시프트량을, 시행 스텝마다 1칩(확산 부호의 최저 시간단위)시간분씩 늘려 가고), 그 후, 재현된 반송파가 유위(有爲) 레벨에 있는지 아닌지에 따라, 수신의 성공 여부가 판정된다. 이러한 동기 검출 방법을 「슬라이드법」이라고 한다. (또한, 이 동기 검출법은, 반송파의 주파수가 수신측에 있어서 판명되어 있는 것을 전제로 하고 있다.)In the case of despreading, it is necessary to phase shift the spreading code to be multiplied by the transmission delay time, but in order to successfully receive the transmission delay time without knowing the transmission delay time, the spreading code is slid little by little. The despreading (demodulation) operation is repeatedly executed (for example, the amount of shift to be given to the spreading code is increased by one chip (the minimum time unit of the spreading code) for each execution step), and then reproduced. Depending on whether or not the carrier is at a level level, it is determined whether the reception is successful. This synchronization detection method is called a "slide method." (This synchronization detection method is based on the premise that the frequency of the carrier wave is known on the receiving side.)

이 동기 검출법에 의한 경우, 동기 검출까지 필요한 시간은, 확산 부호에 M계열부호를 사용한다고 하면, 약 M(최장부호)계열 주기시간×M계열 칩수가 된다. 예를 들면, 통신 속도가 11MBPS, 확산 부호 길이가 11칩인 고속무선LAN에 있어서, 시행 스텝마다 가산하는 시프트량을 1칩 시간분으로 설정해서 슬라이드법을 실행하면, 최장이라도 11회의 시도로 동기가 성립한다. 여기에서, 1칩 시간이 0.1μ초라고 하면, 1회의 시도에 필요로 하는 시간은, 0.1μ초×11(칩)=1.1μ초가 된다. 이것을 슬라이드 시키면서 11회 시도했다고 하면, 1.1μ초×11=12μ초가 된다. 즉, 이만큼의 단시간으로, 통신을 위한 동기가 확립하게 된다.According to this synchronization detection method, the time required until the synchronization detection is about M (longest code) sequence cycle time x M series chips, if the M sequence code is used for the spreading code. For example, in a high-speed wireless LAN having a communication speed of 11 MBPS and a spread code length of 11 chips, if the slide method is executed by setting the shift amount to be added per trial step for one chip time, synchronization is performed in 11 attempts at the maximum. Hold. Here, if one chip time is 0.1 microsecond, the time required for one trial is 0.1 microsecond x 11 (chip) = 1.1 microsecond. If 11 attempts are made while sliding this, it is 1.1 microseconds x 11 = 12 microseconds. That is, in such a short time, synchronization for communication is established.

또, 확산 부호 길이가 1023칩인 GPS에 있어서, 확산 부호를 슬라이드시키면서 동기 검출을 시행하면, 1회의 시도에서, 최저라도 1023칩 시간(확산 부호의 1주기시간)을 요하고, 1칩 시간의 50%의 단위로 이것을 슬라이드 시키는 조작을 되풀이하면, 2046회 슬라이드시켜 가는 사이에(즉, 2046회의 시도로), 동기 검출이 성공한다. 즉, 동기 검출까지의 소요시간은, 1023칩 시간×2046=200만칩 시간이라는 것이 된다. GPS의 1칩 시간이 1μ초라고 하면, 최장 2초, 평균 1초가 된다.In the GPS having a spread code length of 1023 chips, if synchronous detection is performed while sliding the spread code, at least 1023 chip time (one cycle time of the spread code) is required in one trial, and 50 chips of one chip time are used. If the operation of sliding this in units of% is repeated, synchronization detection succeeds during 2046 slides (i.e., 2046 attempts). That is, the time required until the synchronization detection is 1023 chip time x 2046 = 2 million chip time. If 1 chip time of GPS is 1 microsecond, it will be a maximum of 2 second and an average of 1 second.

여기에서, 「작은 점유 대역폭의 장거리통신」에, 상기와 같은 스펙트럼 확산 통신 방법을 적용한 경우에 있어서, 슬라이드법에 의해 동기 검출을 시험해 보았을 경우에, 그 소요시간이 어느 정도가 될 것인가라는 문제에 대해서 생각해 본다.Here, in the case where the above-mentioned spread spectrum communication method is applied to the "small occupied bandwidth long distance communication", when the synchronous detection is tested by the slide method, how long will it be? Think about it.

우선, 수신 대역폭을 1Hz정도까지 좁혔을 경우, 사용하는 확산 부호의 1칩 시간을, 어느 정도 길게 설정할(예를 들면, 0.1m초=10kHz) 필요가 있다. 그리고, 1023칩의 확산 부호를 사용할 경우, 상기 GPS의 예를 따르면, 동기 검출에는 최장으로 200만칩 시간을 필요로 하게 되기 때문에, 확산 부호의 1칩 시간을 0.1m초=10kHz로 했을 경우에는, 동기 검출까지의 소요시간은, 0.1m초×200만(칩 시간)=200초라는 것이 된다. 즉, 수신 개시 후, 최초의 1비트가 검출될 때까지는, 평균으로 1분40초, 최장으로 3분20초 걸리게 된다.First, when the reception bandwidth is narrowed down to about 1 Hz, it is necessary to set one chip time of a spread code to be used for a certain length (for example, 0.1 m sec = 10 kHz). In the case of using the spread code of 1023 chips, according to the above GPS example, since the longest two million chip time is required for synchronous detection, when one chip time of the spread code is set to 0.1 m sec = 10 kHz, The time required until the synchronization detection is 0.1 m seconds x 2 million (chip time) = 200 seconds. That is, it takes 1 minute and 40 seconds on average and 3 minutes and 20 seconds on the longest until the first 1 bit is detected after the start of reception.

이렇게, 작은 점유 대역폭의 장거리 통신에 스펙트럼 확산 통신을 적용하고, 슬라이드법에 의해 동기 검출을 시험해 보았을 경우, 상당한 시간이 걸려 버리게 된다. 따라서, 동기시키기 위한 불필요한 송신 시간을 필요로 한다. 그러나, 송신 시간이 길어지면, 그 만큼 필요전력이 커져 버리므로, 정보당의 전력효율이 열화해 버리게 된다. 따라서, 작은 점유 대역폭의 장거리 통신에 스펙트럼 확산 통신 방법을 단순히 적용한 것 만으로는, 「초저전력의 장거리 통신」을 실현하는 것은 곤란하다(제1문제).Thus, when spread spectrum communication is applied to long-range communication having a small occupied bandwidth and synchronization detection is tested by the slide method, it takes considerable time. Therefore, unnecessary transmission time for synchronization is required. However, when the transmission time becomes longer, the required power increases by that amount, and the power efficiency per information deteriorates. Therefore, it is difficult to realize "ultra low power long distance communication" by simply applying the spread spectrum communication method to long distance communication with a small occupied bandwidth (first problem).

또, 반송파의 주파수가 150MHz인 경우, 그 파장은 2m이므로, 송신기가 수신기에 대하여 매초 10m의 속도로 멀어지거나, 급접하거나 하는 운동을 시작했을 경우, 수신기에 있어서는, 그것이 5파 적은 주파수(150MHz-5Hz), 혹은, 5파 많은 주파수(150MHz+5Hz)의 반송파로 보이게 된다. 확산 부호의 칩 시간이 0.1m초, 확산 부호 길이가 1023칩이었다고 하면, 상기 속도에서는, 1주기시간(약 0.1초)의 사이에, 0.5Hz(0.1m초×1023), 즉 180도의 위상변화가 발생한다.In addition, when the frequency of the carrier wave is 150 MHz, the wavelength is 2 m. Therefore, when the transmitter starts to move away from the receiver at a speed of 10 m per second or suddenly, the receiver has a frequency less than 5 waves (150 MHz-). 5 Hz), or a carrier wave of five frequencies (150 MHz + 5 Hz). Assuming that the chip time of the spread code is 0.1 m sec and the spread code length is 1023 chip, at this speed, phase change of 0.5 Hz (0.1 m sec x 1023), that is, 180 degrees, during one cycle time (about 0.1 second) Occurs.

이 경우, 수신 신호를 역확산해서 반송파를 검출하려고 할 때, 최초의 위상이 제로라고 하면, 최후의 쪽에서는 위상이 반전하고 있어, 동기를 확인할 수 없는 상태가 되어 버린다(제2문제).In this case, when despreading a received signal and attempting to detect a carrier wave, if the first phase is zero, the phase is reversed on the last side and the synchronization cannot be confirmed (second problem).

또한, 상기의 예에 있어서, 매초(주기1초) 1비트의 저속통신으로 했을 경우, 1023칩 길이의 스펙트럼 확산 부호를 사용한다고 하면, 동기 확립까지 최장으로 1023초 걸리게 되고, 수신 개시로부터 20분 기다리지 않으면 데이타 수신이 시작되지 않고, 매우 장시간이 걸리고, 언제까지나 동기하지 않아, 이래서는 실용이 안된다는 문제가 있다(제3문제).In the above example, when the low-speed communication of 1 bit per second (period 1 second) is used, a spread spectrum code of 1023 chips long takes 1023 seconds to establish synchronization, and 20 minutes from the start of reception. If it does not wait, data reception does not start, it takes a very long time, it is not synchronized forever, and there is a problem that it is not practical (third problem).

또한, 상기의 개량으로서, 주기시간의 전부를 디지털 처리해서 동기 검출하 는 방법이 있다. 이 방법에 의하면, 동기 검출 시간을 단축할 수 있다고 생각된다. 그러나, 반송파의 주파수를 고정밀도로 확정할 수 없는 경우에는, 다음과 같은 문제가 생긴다.In addition, as the above improvement, there is a method of digitally processing all of the cycle time to perform synchronous detection. According to this method, it is thought that the synchronization detection time can be shortened. However, when the frequency of the carrier wave cannot be determined with high accuracy, the following problems arise.

반송파 주파수에 편차가 있고, 예를 들면, 150MHz±15ppm(±2.25KHz)(표준적인 Xtal), 확산 부호의 1칩 시간을 0.1m초, 확산 부호 길이를 1023칩으로 했을 경우, 반송파 주파수가 5Hz 어긋나면, 동기 유지가 곤란해 지고, 10Hz 어긋나면 다른 전송이라고 할 수 있다.If the carrier frequency varies, for example, 150 MHz ± 15 ppm (± 2.25 KHz) (standard Xtal), one chip time of spreading code is 0.1 m second and spread code length is 1023 chip, carrier frequency is 5 Hz If it is misaligned, it is difficult to maintain synchronization, and if it is out of 10 Hz, it can be called another transmission.

즉, 스펙트럼 확산 통신과 같이, 위상변조가 기본으로 되어 있는 전송에 있어서, 확산 부호의 주기시간 0.1초(0.1m초×1023) 전체에 걸쳐서, 반송파신호의 위상량이, 반송파의 0.5주기이내로 판명되어 있지 않으면, 반송파의 레벨 검출 자체가 성공하지 않는다. 즉, 확산 부호의 동기 확립을 위해서는, 반송파의 주파수를 엄밀하게 알고 있을 필요가 있다. ±2.25kHz의 속에 있는 반송파를 10Hz단위로 검출하기 위해서는, 450회의 시행을 필요로 한다. 즉, 반송파의 주파수에 편차가 있을 경우에는, 실용적인 범위내에서 확산 부호의 동기를 확립시키는 것은 곤란하다(제4문제).That is, in the transmission based on phase modulation, such as spread spectrum communication, the phase amount of a carrier signal is found to be within 0.5 cycles of a carrier over 0.1 second (0.1 m second x 1023) of the spreading code cycle time. If not, the level detection itself of the carrier does not succeed. In other words, in order to establish synchronization of spreading codes, it is necessary to know the frequency of the carrier strictly. To detect carriers in ± 2.25kHz in 10Hz units, 450 trials are required. In other words, when there is a deviation in the frequency of the carrier wave, it is difficult to establish synchronization of the spread code within the practical range (fourth problem).

또, 주기시간의 전부를 디지털 처리해서 동기 검출하는 방법에 있어서는, 하드웨어 상관으로서, 표면탄성파소자(SAW) 등에 의한 고속상관이 행해지고 있지만(예를 들면, 일본국 특개평9-64787호 공보), 낮은 통신 속도, 작은 전력으로 장거리통신을 실현하기 위해서는, 물리적으로 장시간의 상관기가 필요하게 된다. 그러나, 그러한 상관기를 실현하는 것은 곤란하다(제5문제).In the method of digitally detecting all the cycle times and performing synchronous detection, high-speed correlation by surface acoustic wave elements (SAW) or the like is performed as hardware correlation (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-64787). In order to realize long-distance communication at low communication speed and small power, a physical correlator for a long time is required. However, it is difficult to realize such a correlator (the fifth problem).

요컨대, 종래의 방법으로는, 반송파의 주파수나 이동 속도를 알고 있어, 위상 어긋남을 보정할 수 있고, 확산 부호 길이가 짧은 것을 이용하고, 적당한 시프트량을 가진 확산 부호를 준비하여, 역확산→위상검파→동기 검출을 되풀이하고 있으므로, 동기 검출을 위해서는, 확산 부호의 반복 시간 전체에 걸쳐서 위상이 보증되어 있지 않으면 안된다. 바꾸어 말하면, 확산 부호의 동기 위치를 알기 위해서는, 반송파의 주파수의 엄밀성이 필요하고, 또, 확산 부호가 동기하고 있지 않으면, 반송파의 주파수를 알 수는 없다. 즉, 데드락 상태에 있다.In other words, in the conventional method, the frequency and the moving speed of the carrier are known, phase shift can be corrected, and a spread code having a short spread code length is prepared, and a spread code having an appropriate shift amount is prepared. Since detection → synchronization detection is repeated, the phase must be guaranteed over the entire repetition time of the spreading code for synchronization detection. In other words, in order to know the synchronous position of the spread code, the rigor of the frequency of the carrier is required, and if the spread code is not synchronized, the frequency of the carrier cannot be known. That is, in a deadlock state.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 초저전력의 장거리통신을 실현할 수 있고, 또, 고속으로 동기를 확립시킬 수 있고, 또한, 반송파의 주파수가 엄밀하게 확보되어 있지 않은 상태에서도, 확산 부호의 동기 확립을 가능하게 하는 스펙트럼 확산방식의 통신장치, 및, 그 동기 확립 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and even in a state where ultra low power long distance communication can be realized, synchronization can be established at high speed, and carrier frequencies are not strictly secured, An object of the present invention is to provide a spread spectrum communication device that enables synchronization of spread codes and a synchronization establishment method thereof.

본 발명의 스펙트럼 확산방식의 통신장치는, 토글 검출부와 복조부를 가지고, 토글 검출부는, 수신 신호 반송파의 속에 존재하는 토글점의 후보를 검출하도록 구성되고, 복조부는, 그 검출 결과를 바탕으로 계산된 시프트량에 따라서 시프트시킨 확산 부호를, 수신 신호에 승산함으로써, 수신 신호를 복조하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.The communication apparatus of the spread spectrum system of the present invention has a toggle detection unit and a demodulation unit, and the toggle detection unit is configured to detect a candidate of the toggle point existing in the received signal carrier, and the demodulation unit is calculated based on the detection result. It is characterized by demodulating the received signal by multiplying the spreading code shifted in accordance with the shift amount to the received signal.

또한, 토글 검출부는, 미리 보유하고 있는 기대 신호와, 수신 신호 반송파의 상관 연산을 행함으로써 토글점의 후보를 검출하도록 구성되는 것이 바람직하고, 또, 보유되는 기대 신호는, 수신 신호 반송파의 속에 존재하고 있을 것이라고 예상되는 토글점의 파형을 포함하는 신호로서, 확산 부호의 2칩 시간분의 길이의 신호,또는, 그것보다도 짧은 신호인 것이 바람직하다.The toggle detection unit is preferably configured to detect a candidate of the toggle point by performing a correlation operation between the expected signal held in advance and the received signal carrier, and the held expected signal is present in the received signal carrier. As a signal containing the waveform of the toggle point which is supposed to be, it is preferable that it is a signal of 2 chip time length of a spreading code, or a signal shorter than that.

또한, 토글 검출부는, 토글점 후보의 검출 결과로서 토글 신호를 출력하도록 구성되고, 이 토글 신호와, 확산 부호의 미분치의 절대치와의 상호 상관치를 바탕으로, 확산 부호에 주어져야 할 시프트량의 후보가 시프트량 계산부에 있어서 계산되고, 복조부는, 그들의 시프트량의 후보마다 수신 신호의 복조 작업을 행하고, 반송파 검사부에 있어서, 복조부에 의해 복조된 수신 신호의 반송파 스펙트럼의 유효성이 검사되도록 구성되는 것이 바람직하다.The toggle detection unit is further configured to output a toggle signal as a detection result of the toggle point candidate, and based on the cross correlation value between the toggle signal and the absolute value of the derivative value of the spread code, the candidate of the shift amount to be given to the spread code is selected. The demodulation section is configured to perform a demodulation operation on the received signal for each candidate of the shift amount, and the carrier inspection section is configured to check the validity of the carrier spectrum of the received signal demodulated by the demodulation section. desirable.

또, 확산 부호에 주어져야 할 시프트량의 후보가 계산될 때, 토글 신호의 푸리에 변환치와, 확산 부호의 미분치의 절대치의 푸리에 변환치와의 상호상관이 행해지도록 구성되는 것이 바람직하다.In addition, when the candidate of the shift amount to be given to the spreading code is calculated, it is preferable that the correlation between the Fourier transform value of the toggle signal and the Fourier transform value of the absolute value of the derivative value of the spreading code is performed.

본 발명의 스펙트럼 확산 통신의 고속동기 확립법은, 수신 신호 반송파의 속에 존재하는 토글점의 후보를 검출하는 제1스텝과, 그 검출 결과를 바탕으로, 시프트량을 계산하는 제2스텝과, 계산된 시프트량에 따라서 시프트시킨 확산 부호를 수신 신호에 승산함으로써, 수신 신호를 복조하는 제3스텝이 순서대로 실행되는 것을 특징으로 하고 있다.The fast synchronization establishment method of spread spectrum communication according to the present invention includes a first step of detecting a candidate of a toggle point existing in a received signal carrier wave, a second step of calculating a shift amount based on the detection result, and a calculated The third step of demodulating the received signal is performed in order by multiplying the received signal by the spreading code shifted in accordance with the shift amount.

이 경우, 수신 신호 반송파의 속에 존재하고 있을 것이라고 예상되는 토글점의 파형을 포함하는 신호로서, 확산 부호의 2칩 시간분의 길이의 기대 신호, 또는, 그것보다도 짧은 기대 신호가 미리 준비되고, 제1스텝에 있어서, 그 기대 신호와, 수신 신호 반송파와의 상관 연산을 행함으로써, 토글점의 후보가 검출되는 것이 바람직하다.In this case, as a signal including a waveform of a toggle point that is expected to exist in the reception signal carrier, an expected signal of a length of two chips of a spread code or an expected signal shorter than that is prepared in advance. In one step, it is preferable that a candidate of the toggle point is detected by performing a correlation calculation between the expected signal and the received signal carrier.

또, 제1스텝에 있어서, 토글점 후보의 검출 결과로서 토글 신호가 출력되고, 제2스텝에 있어서, 토글 신호와, 확산 부호의 미분치의 절대치와의 상호상관치를 바탕으로, 확산 부호에 주어져야 할 시프트량의 후보가 계산되고, 제3스텝에 있어서, 그들의 시프트량의 후보마다, 수신 신호의 복조가 행해지는 동시에, 그들의 복조 신호의 반송파 스펙트럼의 유효성이 검사되는 것이 바람직하다.In the first step, the toggle signal is output as a detection result of the toggle point candidate, and in the second step, the spread signal should be given to the spread code based on the correlation between the toggle signal and the absolute value of the derivative value of the spread code. It is preferable that the candidates of the shift amounts are calculated, and in the third step, demodulation of the received signals is performed for each candidate of the shift amounts, and the validity of the carrier spectrum of those demodulated signals is checked.

또한, 제2스텝에 있어서는, 확산 부호에 주어져야 할 시프트량의 후보가 계산될 때, 토글 신호의 푸리에 변환치와, 확산 부호의 미분치의 절대치의 푸리에 변환치와의 상호상관이 행해지는 것이 바람직하다.In the second step, when the candidate for the shift amount to be given to the spreading code is calculated, it is preferable that the correlation between the Fourier transform value of the toggle signal and the Fourier transform value of the absolute value of the derivative value of the spread code be performed. .

도 1은, 본 발명의 통신장치에 있어서의 수신기의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a receiver in a communication apparatus of the present invention.

도 2는, 도 1에 도시한 토글 필터(101)에 보유되어 있는 기대 신호의 설명도이다.FIG. 2 is an explanatory diagram of an expected signal held in the toggle filter 101 shown in FIG. 1.

도 3은, 도 2의 기대 신호를 창함수에 의해 변형하는 예의 설명도이다.3 is an explanatory diagram of an example in which the expected signal of FIG. 2 is modified by a window function.

도 4는, 도 1에 도시한 토글 필터(101)에 있어서의 「토글점 후보의 검출」의 설명도이다.FIG. 4 is an explanatory diagram of "detection of a toggle point candidate" in the toggle filter 101 shown in FIG.

도 5는, 수신 신호, 토글 신호, 및, 확산 부호의 관계를 설명하는 도면이다.5 is a diagram illustrating a relationship between a received signal, a toggle signal, and a spread code.

도 6은, 송신측에 있어서 반송파의 확산을 위해서 사용되는 확산 부호의 파 형, 및, 확산 부호에 의해 확산된 반송파의 파형의 1예로서, 반송파와 확산 부호가 동기하고 있는 예를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing an example in which a carrier code and a spread code are synchronized as one example of a waveform of a spread code used for spreading a carrier on a transmitting side and a waveform of a carrier spread by a spread code. to be.

도 7은, 반송파와 확산 부호가 비동기인 경우의 반송파의 파형의 예를 도시한 도면이다.7 is a diagram showing an example of waveforms of a carrier wave when the carrier wave and spread code are asynchronous.

도 8은, 잡음이 있을 경우의 수신 신호의 1예를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating an example of a received signal when there is noise.

도 9는, 도 8(c)의 수신 신호를 토글 필터(101)에 입력했을 경우에 출력되는 토글 신호와, 반송파의 확산에 사용된 확산 부호와의 관계를 설명하는 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the toggle signal output when the received signal shown in FIG. 8C is input to the toggle filter 101 and the spread code used for spreading the carrier.

도 10은, 도 9의 토글 신호와 확산 부호와의 상호상관의 결과를 도시한 도면이다.FIG. 10 is a diagram showing a result of cross correlation between the toggle signal of FIG. 9 and a spread code. FIG.

도 11은, 복조기(105)로부터 출력된 복조 신호가, 반송파 검사부(106)에 있어서 스펙트럼으로서 검출되는 예를 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating an example in which a demodulation signal output from the demodulator 105 is detected as a spectrum in the carrier inspection unit 106.

도 12는, 복조기(105)로부터 출력된 복조 신호가, 반송파 검사부(106)에 있어서 스펙트럼으로서 검출되는 다른 예를 도시한 도면이며, 10Hz 떨어진 두개의 반송파를 혼합해서 수치계산한 예를 도시한 도면이다.FIG. 12 is a diagram showing another example in which the demodulated signal output from the demodulator 105 is detected as a spectrum in the carrier inspection unit 106. FIG. 12 is a diagram showing an example in which two carriers separated by 10 Hz are mixed and numerically calculated. to be.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)(The best mode for carrying out the invention)

이하, 도면에 따라 본 발명의 적합한 실시형태에 관하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 통신장치에 있어서의 수신기의 개략 구성을 도시한 블록도이다. 도시되어 있는 바와 같이, 이 수신기는, 토글 필터(토글 검출부)(101), 수신 신호·토글 신호 축적부(102), 상호상관기(상호상관부)(103), 시프트량 계산부(104), 복조기( 복조부)(105), 반송파 검사부(106), 및, 제어부(107) 등의 요소로 구성되어 있다. 본 발명에 관한 통신장치는, 스펙트럼 확산방식의 통신장치이며, 다음과 같은 조건으로 통신을 행할 수 있도록 되어 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described according to drawing. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a receiver in a communication apparatus of the present invention. As shown in the drawing, the receiver includes a toggle filter (toggle detector) 101, a received signal / toggle signal accumulator 102, a cross-correlator (correlator) 103, a shift amount calculator 104, It consists of elements, such as a demodulator (demodulation part) 105, the carrier test | inspection part 106, and the control part 107. The communication apparatus according to the present invention is a spread spectrum communication apparatus, and communication can be performed under the following conditions.

·반송파의 주파수:150MHz±15ppm(2.25kHz)(표준적인 Xtal)Carrier frequency: 150 MHz ± 15 ppm (2.25 kHz) (standard Xtal)

·확산 부호의 주기:1초Spread code cycle: 1 second

·확산 부호 길이:1023칩Spread code length: 1023 chips

이 통신장치에 있어서 송수신되는 신호는, 반송파가 미리 확산 부호에 의해 위상변조(확산)된 뒤에, 송신기측에서 출력되도록 되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 이 「확산 부호에 의한 반송파의 변조」는, 2상위상변조(BPSK)라는 방식으로 행하여진다. 또한, 변조의 방식은, 반드시 BPSK일 필요는 없고, 예를 들면, 4상위상변조(QPSK)로 할 수도 있다. 다만, 내방해성능은, BPSK쪽이 우수하다.The signal transmitted and received in this communication apparatus is output from the transmitter side after the carrier wave has been phase-modulated (spread) by a spread code in advance. In this embodiment, this "modulation of a carrier wave by spreading code" is performed by a system called two-phase phase modulation (BPSK). In addition, the modulation method does not necessarily need to be BPSK, but can also be four-phase modulation (QPSK), for example. However, the interference resistance is better in BPSK.

송신기측에서 출력된 신호(확산 부호에 의해 반송파가 확산된 신호)가 수신되면, 수신기는, 그 신호(수신 신호)를 복조(역확산)하고, 그 수신 신호로부터 원래의 반송파(송신기측에 있어서 확산되기 전의 반송파)를 추출한다.When a signal output from the transmitter side (signal spread by carrier code) is received, the receiver demodulates (despreads) the signal (receive signal), and the original carrier (from the transmitter side) Carrier before spreading) is extracted.

복조는, 수신 신호에 확산 부호(송신기측에 있어서 반송파를 확산할 때에 사용된 확산 부호와 동일한 부호계열)를 승산함으로써 행해진다. 이 때, 원래의 반송파를 바르게 재현하기 위해서는, 반송파의 속에 존재하는 다수의 토글점(확산 부호에 의해 반송파가 변조된 결과, 위상이 180도 변화된 점·천이점)과, 복조를 위해서 승산하려고 하는 확산 부호가 동기하고 있지 않으면 안된다.Demodulation is performed by multiplying the received signal by a spreading code (the same code sequence as the spreading code used when spreading the carrier on the transmitter side). At this time, in order to correctly reproduce the original carrier, a large number of toggle points (points and transition points whose phase has been changed by 180 degrees as a result of being modulated by a spreading code) existing in the carrier are to be multiplied for demodulation. Spread code must be synchronized.

송신기측에서 출력된 신호와, 수신 신호와의 사이에는, 전송 지연시간 등과 의 관계로, 또, 주파수편차 등에 기인하여, 위상의 어긋남이 생기고 있으므로, 수신 신호의 반송파의 속에 존재하는 다수의 토글점과, 복조를 위해서 승산하려고 하는 확산 부호를 동기시키기 위해서는, 확산 부호를 동기 추정 위치까지 시프트시킬 필요가 있다.(또한, 시프트시킴으로써 확산 부호가 동기할 것이라고 추정되는 수신 신호 중의 위치를, 여기에서는 「동기 추정 위치」라고 하고, 확산 부호를 동기 추정 위치까지 이동시키기 위해서 필요한 시프트량을 「α」라고 한다.)Since a phase shift occurs between the signal output from the transmitter side and the received signal due to a transmission delay time and the like, and also due to a frequency deviation, many toggle points exist in the carrier of the received signal. In order to synchronize the spreading code to be multiplied for demodulation, it is necessary to shift the spreading code to the synchronous estimation position. The shift amount required for moving the spread code to the synchronous estimation position is referred to as "α".

그래서, 본 실시형태의 통신장치에 있어서는, 우선 처음에, 수신 신호의 파형으로부터 동기 추정 위치의 예비검출(수신 신호 중에 존재하는 토글점의 후보의 검출, 및, 토글 신호의 출력)을 행하고(토글 필터(101)), 토글 신호와 확산 부호와의 상호상관을 취하고(상호상관기(103)), 그 상호상관치에 기초하여 시프트량(α)의 후보(α1, α2…)를 계산하고(시프트량 계산부(104)), 시프트량의 후보마다 역확산을 시행하고(복조기(105)), 그 때마다, 반송파의 추출 상황을 조사해서, 수신(복조)이 성공했는지 아닌지의 판정을 행하도록(반송파 검사부(106)) 되어 있다.Therefore, in the communication apparatus of the present embodiment, first, preliminary detection of the synchronization estimated position (detection of candidates of toggle points existing in the received signal and output of the toggle signal) is performed from the waveform of the received signal (toggle). Filter 101), taking the correlation between the toggle signal and the spreading code (correlator 103), and calculating the candidates α1, α2 ... of the shift amount α based on the correlation value (shift) The amount calculation unit 104 performs despreading for each candidate of the shift amount (demodulator 105), and then examines the extraction state of the carrier to determine whether or not the reception (demodulation) succeeded. (Carrier inspection section 106).

여기에서, 이 통신장치의 수신기를 구성하는 요소, 및, 그들의 요소간에 있어서의 관계에 대해서, 각각 상세하게 설명한다. 우선, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 통신장치의 수신기에 있어서는, 수신 신호는 토글 필터(101), 및, 수신 신호·토글 신호 축적부(102)에 입력된다. 이들 중 토글 필터(101)는, FIR(Finite Impulse Response) 디지털 필터에 의해 구성되어 있다. 또한, 이 토글 필터(101)는, IIR(Infinite Impulse Response) 디지털 필터나, 적화(積和)연산기 등에 의해 구성할 수도 있다.Here, the components constituting the receiver of this communication apparatus and the relationship between the components will be described in detail. First, as shown in FIG. 1, in the receiver of this communication apparatus, the received signal is input to the toggle filter 101 and the received signal / toggle signal accumulator 102. As shown in FIG. Among these, the toggle filter 101 is comprised by the finite impulse response (FIR) digital filter. The toggle filter 101 can also be configured by an IIR (Infinite Impulse Response) digital filter, an accumulator, or the like.

토글 필터(101)는, 수신 신호가 입력되면, 수신 신호 반송파의 속에 존재하고 있는 토글점의 후보(위상변화점)을 검출하고, 이것을 바탕으로 토글 신호를 형성한다. 더 상세하게 설명하면, 토글 필터(101)는, 위상변화에 의해 예상되는 기대 신호(또는, 그 기대 신호로부터 계산된 특징)를 미리 보유하고 있고, 입력된 수신 신호와, 미리 보유하고 있는 기대 신호(또는, 기대 신호로부터 계산된 특징)와의 사이에서 상관 연산을 행하고, 반송파 중에 있어서의 위상변화점을 검출하고, 검출된 위상변화점의 값을 바탕으로 토글 신호를 형성해서 출력한다.When the received signal is input, the toggle filter 101 detects a candidate (phase change point) of a toggle point existing in the received signal carrier, and forms a toggle signal based on this. In more detail, the toggle filter 101 previously holds the expected signal (or a characteristic calculated from the expected signal) expected by the phase change, and inputs the received signal and the expected signal held in advance. (Or a feature calculated from the expected signal), a correlation operation is performed, a phase change point in the carrier is detected, and a toggle signal is formed and output based on the detected value of the phase change point.

토글 필터(101)의 출력측에는, 메모리에 의해 구성되는 수신 신호·토글 신호 축적부(102)가 접속되어 있다. 즉, 이 수신 신호·토글 신호 축적부(102)에는, 상기한 바와 같이 수신 신호가 입력되는 것 이외에, 토글 필터(101)로부터 출력된 토글 신호가 입력된다. 그리고, 입력된 수신 신호와 토글 신호는, 페어로서 축적되어, 후처리에 대비된다.To the output side of the toggle filter 101, a reception signal toggle signal accumulating unit 102 constituted by a memory is connected. That is, the received signal and the toggle signal accumulating unit 102 are input to the toggle signal output from the toggle filter 101 in addition to the received signal as described above. The received received signal and the toggle signal are accumulated as pairs and prepared for post-processing.

수신 신호·토글 신호 축적부(102)의 토글 신호 출력측에는, 상호상관기(103)가 접속되어 있다. 이 상호상관기(103)는, DSP(Digital Signal Processor)나, 하드 로직에 의한 푸리에 변환기를 포함하는 상호상관수단에 의해 구성되어 있다.The cross-correlator 103 is connected to the toggle signal output side of the received signal / toggle signal accumulation unit 102. This cross-correlator 103 is constituted by cross-correlation means including a DSP (Digital Signal Processor) and a Fourier transformer by hard logic.

상호상관기(103)는, 수신 신호·토글 신호 축적부(102)로부터 출력된 토글 신호(토글 신호의 푸리에 변환치)와, 확산 부호(확산 부호의 미분치의 절대치의 푸리에 변환치)의 상호상관을 취하고, 그 상호상관치(S(f))를 출력하는 것이다.The cross-correlator 103 correlates the cross-correlation between the toggle signal (the Fourier transform value of the toggle signal) and the spread code (the Fourier transform value of the absolute value of the differential value of the spread code) output from the received signal / toggle signal accumulation unit 102. And the cross-correlation value S (f) is output.

더 상세하게 설명하면, 상호상관기(103)에는, 반송파의 변조에 사용된 확산 부호에 관한 정보가, 상호상관을 위해서 편의상 가공된 상태로, 미리 보존되어 있다. 확산 부호에 관한 정보의 가공은, 다음과 같은 순서로 행해진다.In more detail, in the cross-correlator 103, the information about the spreading code used for the modulation of the carrier wave is stored in advance in a state processed for convenience for cross-correlation. Processing of the information about the spread code is performed in the following order.

우선, 확산 부호(k(t))를 미분해서, 그 절대치를 취한다.First, the spread code k (t) is differentiated and its absolute value is taken.

d/dtk(t)d / dtk (t)

|d/dtk(t)|=ka(t)d / dtk (t) = ka (t)

이 절대치계열(ka(t))을 푸리에 변환하고, 이것을 상호상관의 공역(共役)으로 한다.This absolute value series ka (t) is Fourier transformed, and this is defined as the conjugate space of cross-correlation.

FFT(ka(t))→FKA(f)FFT (ka (t)) → FKA (f)

한편, 수신 신호·토글 신호 축적부(102)로부터 상호상관기(103)에 입력된 토글 신호를 g(t)라고 하면, 상호상관기(103)는, 이 토글 신호계열(g(t))을 푸리에 변환한다.On the other hand, if the toggle signal input from the received signal / toggle signal accumulator 102 to the cross-correlator 103 is g (t), the cross-correlator 103 uses the toggle signal sequence g (t) as Fourier. Convert.

FFT(g(t))→G(f)FFT (g (t)) → G (f)

다음에, 이들의 값(확산 부호의 미분치의 절대치의 푸리에 변환치(FKA(f))와, 토글 신호계열의 푸리에 변환치(G(f)))의 상호상관을 행한다.Next, these values (the Fourier transform value FKA (f) of the absolute value of the derivative value of the spread code) and the Fourier transform value G (f) of the toggle signal sequence are correlated.

S(f)=FKA(f)*G(f)S (f) = FKA (f) * G (f)

그리고, 얻어진 결과(상호상관치(S(f)))를 출력한다.Then, the obtained result (mutual correlation value S (f)) is output.

상호상관기(103)의 출력측에는, 시프트량 계산부(104)가 접속되어 있다. 이 시프트량 계산부(104)는, 상호상관기(103)로부터 출력된 상호상관의 값(S(f))을 역푸리에 변환해서 s(t)로 한다. 이 s(t)의 최대치를, 확산 부호에 주어야 할 시프트량(α)(확산 부호를 동기 추정 위치까지 이동시키기 위해서 필요한 시프트량)으 로 간주하고, s(t)의 값으로부터, 값이 큰 순으로, 시프트량(α)의 후보를 복수(α1, α2…) 출력한다.The shift amount calculation unit 104 is connected to the output side of the cross-correlator 103. The shift amount calculation unit 104 inversely transforms the cross-correlation value S (f) output from the cross-correlator 103 to s (t). The maximum value of s (t) is regarded as the shift amount α (shift amount necessary to move the spread code to the synchronous estimation position) to be given to the spread code, and the value is large from the value of s (t). In order, a plurality of candidates of the shift amount α are outputted (α 1, α 2...).

이렇게, 종래의 표면탄성파소자(SAW) 등 대신에, 푸리에 변환을 이용함으로써, 장시간에 걸친 신호처리가 가능하게 된다.Thus, by using Fourier transform instead of the conventional surface acoustic wave element (SAW) or the like, signal processing for a long time is possible.

수신 신호·토글 신호 축적부(102)의 수신 신호 출력측에는, 복조기(105)가 설치되어 있다. 이 복조기(105)는, 수신 신호·토글 신호 축적부(102)로부터 출력된 수신 신호에 대하여, 확산 부호를 시프트시켜서 승산함으로써 수신 신호의 복조을 행한다.The demodulator 105 is provided on the reception signal output side of the reception signal / toggle signal accumulation unit 102. The demodulator 105 demodulates the received signal by shifting and multiplying the spread code with respect to the received signal output from the received signal / toggle signal accumulating unit 102.

확산 부호의 시프트는, 시프트량 계산부(104)로부터 출력된 시프트량의 후보(α1, α2…)를 확산 부호에 줌으로써 행한다. 더 구체적으로는, 우선, 시프트량의 제1후보(α1)의 값에 따라서 확산 부호를 시프트시켜, 시행적으로 역확산을 행하고, 계속해서, 시프트량의 제2후보(α2), 제3후보(α3)와 같이, 확산 부호에 시프트량 후보를 순서대로 주어 가고, 그 때마다, 역확산의 시행을 되풀이해 간다. 그리고, 이러한 시행적인 역확산이 행해질 때마다, 복조된 수신 신호(복조 신호)가 복조기(105)로부터 출력된다.The shift of the spread code is performed by giving the spread code candidates? 1,? 2, ... of the shift amount output from the shift amount calculation unit 104. More specifically, first, the spreading code is shifted in accordance with the value of the first candidate α1 of the shift amount, and the despreading is carried out by trial. Then, the second candidate α2 and the third candidate of the shift amount are performed. As in (α3), the shift amount candidates are given in sequence to the spread code, and the despreading is repeated every time. Each time such a trial despreading is performed, a demodulated received signal (demodulated signal) is output from the demodulator 105.

복조기(105)의 출력측에는, 반송파 검사부(106)가 접속되어 있다. 이 반송파 검사부(106)는, 푸리에 변환 유닛, 또는, 필터에 의해 구성되어 있다. 반송파 검사부(106)는, 시프트량의 후보(α1, α2…)마다 복조기(105)로부터 출력된 복수의 복조 신호의 각각에 대해서 스펙트럼의 검출을 행하고, 반송파 스펙트럼의 유효성을 검사하고, 동기 성공의 판정을 행한다.The carrier inspection unit 106 is connected to the output side of the demodulator 105. This carrier inspection part 106 is comprised by the Fourier transform unit or a filter. The carrier inspection unit 106 detects the spectrum of each of the plurality of demodulated signals output from the demodulator 105 for each of the candidates α1, α2... Of the shift amount, checks the validity of the carrier spectrum, and confirms synchronization success. The determination is made.

또한, 반송파 검사부(106)의 출력측에는 제어부(107)가 접속되어 있다. 이 제어부(107)는, 반송파 검사부(106)로부터 출력되는 결과를 바탕으로, 상기한 바와 같은 동작에 관해서, 토글 필터(101), 상호상관기(103), 및, 시프트량 계산부(104)를 제어한다. 또한, 상기한 바와 같은 동작으로 한정되지 않고, 토글 필터(101)에 있어서의 기대 신호의 형성이나, 상호상관기(103)에 대하여 복수의 다른 확산 부호를 적용해서 행하는 다중통신의 제어 등도, 이 제어부(107)에 의해 행해진다.The control unit 107 is connected to the output side of the carrier inspection unit 106. The control unit 107 uses the toggle filter 101, the cross-correlator 103, and the shift amount calculation unit 104 in relation to the above operation based on the result output from the carrier inspection unit 106. To control. In addition, not only the operation | movement as mentioned above but formation of the expected signal in the toggle filter 101, the control of multiple communication etc. which apply and apply a plurality of different spreading codes to the cross-correlator 103, etc. are also this control part. 107.

다음에, 도 1에 도시한 수신기의 구체적인 동작을 설명한다. 도 2는, 도 1에 도시한 토글 필터(101)에 보유되어 있는 기대 신호를 설명하는 도면이다. 토글 필터(101)는, 상기한 바와 같이, 입력된 수신 신호의 반송파 중에 존재하는 토글점의 후보를 검출해서, 토글 신호를 출력하는 것이며, 도시되어 있는 기대 신호는, 토글점의 후보를 검출하기 위해서 비교 참조(상관 연산)되는 신호 패턴이다.Next, the specific operation of the receiver shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an expected signal held in the toggle filter 101 shown in FIG. 1. As described above, the toggle filter 101 detects a candidate of the toggle point existing in the carrier of the received reception signal and outputs a toggle signal. The expected signal shown in the figure is used to detect the candidate of the toggle point. This is a signal pattern for comparison reference (correlation operation).

도시되어 있는 바와 같이, 토글 필터(101)에 보유되어 있는 기대 신호는, 위상이 180도 변화되는 토글점을 끼고, 양측에 확산 부호의 1칩 시간분씩(즉, 2칩 시간분)의 길이를 가지는 신호로서, 확산 부호에 의해 반송파가 확산된 결과, 수신 신호의 반송파 중에 포함되어 있을 것이라고 예상되는 토글점의 파형, 및, 그 전후의 부분적인 파형을 모델로 하여 형성된 것이다.As shown, the expected signal held in the toggle filter 101 has a toggle point at which the phase is changed by 180 degrees, and the length of one chip time of the spread code (i.e., two chip time) is provided on both sides. This signal is formed by modeling a waveform of a toggle point that is expected to be included in a carrier wave of a received signal as a result of spreading a carrier wave by a spread code, and a partial waveform before and after it.

이렇게, 기대 신호를 확산 부호의 2칩 시간분의 길이로 한 것은, 중심에 위치하는 토글점의 전후에, 다른 토글점을 포함하지 않는 신호로 하기 위해서이다. 즉, 이러한 구성로 했을 경우(혹는, 기대 신호의 길이를, 확산 부호의 2칩 시간분보다도 짧게 구성했을 경우), 수신 신호의 반송파 중에, 노이즈에 의한 짧은 위상 변화점이 포함되어 있었다고 해도, 이것이 토글점의 후보로서 검출되어버리는 것 같은 사태를 회피할 수 있고, 1칩 시간의 정수배로 출현하는 위상변화점만을 토글점의 후보로서 검출할 수 있다. 또한, 도 2에 도시한 실선, 및, 점선은, 각각 기대 신호의 실수부(cos파), 허수부(sin파)이며, 위상이 90도 어긋난 것이다. 이들 실수부, 허수부는, 신호처리의 수학적 수법으로서 복소(複素)계산하기 때문에 편리한 표현으로서 이용된다.In this way, the expected signal is set to the length of two chip times of the spreading code so as to be a signal that does not include other toggle points before and after the toggle point located at the center. That is, in the case of such a configuration (or when the length of the expected signal is shorter than two chip times of the spreading code), even if the carrier of the received signal contains a short phase change point due to noise, this is a toggle. The situation where it is detected as a point candidate can be avoided, and only a phase change point appearing at an integer multiple of one chip time can be detected as a toggle point candidate. In addition, the solid line | wire and the dotted line which are shown in FIG. 2 are the real part (cos wave) and the imaginary part (sin wave) of an expected signal, respectively, and are 90 degrees out of phase. These real parts and imaginary parts are used as convenient expressions because they are complexly calculated as a mathematical method of signal processing.

도 3은, 도 2의 기대 신호를 창(窓)함수에 의해 변형하는 예를 설명하는 도면이다. 또한, 이 도면 중, 도 3(a)은 도 2에 대응하는 도면이며, 도 3(b), (c)는, 도 3(a)의 토글점을 0(제로)의 장소로 이동시키고, 전체에 창함수를 곱해서 변형 가공한 기대 신호의 파형을 도시한 도면이다. 이렇게, 기대 신호의 전체에 창함수를 곱하는 것은, 그 후에 실시되는 푸리에 처리에 대비하기 위해서이다. 또한, 여기에서는 설명의 편의상, 변형한 기대 신호의 전단부와 후단부를 분할해서, 도 3(b), (c)에 각각 도시하였지만, 이 변형된 기대 신호는, 시계열적으로는, 도 3(b)의 파형으로부터 도 3(c)의 파형으로 이어지는, 연속파형이다.FIG. 3 is a view for explaining an example of deforming the expected signal of FIG. 2 by the window function. 3 (a) is a figure corresponding to FIG. 2, and FIG.3 (b), (c) moves the toggle point of FIG. 3 (a) to the place of 0 (zero), It is a figure which shows the waveform of the expected signal which multiplied and transformed the window function on the whole. In this way, the window function is multiplied by the entirety of the expected signal in order to prepare for the Fourier process to be performed later. In addition, although the front-end part and the rear-end part of the modified expected signal were divided | segmented and shown in FIG.3 (b) and (c), for convenience of explanation here, this modified expected signal is shown in FIG. It is a continuous waveform from the waveform of b) to the waveform of FIG. 3 (c).

또한, 창함수의 마스크는 곱하지 않아도 된다. 도 3(a)에 있어서는, 토글점을 기대 신호의 중심에 두고 있기 때문에, 계산 후에 오프 셋이 나오게 되는데, 이 오프셋을 0으로 하기 위해서이다.In addition, the mask of the window function does not need to be multiplied. In Fig. 3 (a), since the toggle point is at the center of the expected signal, an offset comes out after calculation, in order to set this offset to zero.

도 4는, 도 1에 도시한 토글 필터(101)에 있어서의 「토글점 후보의 검출」을 설명하는 도면이다. 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 기대 신호는 0위치를 끼고 위상이 180도 변화하는 것 같은 파형으로 되어 있다. 이에 대하여, 수신 신호 중 에 있어서 기대 신호와 동일한 특징(즉, 180도의 위상변화점)을 가지는 파형부분이, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 0위치에서 δ만큼 어긋난 위치에 존재하고 있었을 경우, 도 4(a)의 기대 신호와, (b)의 수신 신호와의 상관 연산을 행하면, 도 4(c)에 도시한 바와 같은 상관 결과(상관함수)가 얻어진다. 이 상관 결과를 도시한 파형(도 4(c))에 있어서는, 도시되어 있는 바와 같이, 가장 일치할 듯한 위치(δ)에 피크가 출현하고 있다. 토글 필터(101)는, 이 상관 결과를 나타낸 파형을, 토글 신호로서 출력한다.4 is a diagram for explaining "detection of a toggle point candidate" in the toggle filter 101 shown in FIG. As shown in Fig. 4A, the expected signal has a waveform in which the phase changes by 180 degrees along the 0 position. In contrast, in the received signal, the waveform portion having the same characteristics as the expected signal (that is, the phase change point of 180 degrees) was present at a position shifted by δ from the 0 position as shown in Fig. 4B. In this case, when a correlation operation is performed between the expected signal of FIG. 4A and the received signal of (B), a correlation result (correlation function) as shown in FIG. 4C is obtained. In the waveform (FIG. 4C) which shows this correlation result, the peak appears in the position (delta) which most likely matches, as shown. The toggle filter 101 outputs a waveform showing this correlation result as a toggle signal.

도 5는, 수신 신호, 토글 신호, 및, 확산 부호의 관계를 설명하는 도면이다. 도 5(a)에 도시한 수신 신호는, 송신기측에 있어서 확산 부호에 의해 2상위상변조 된 반송파(150MHz±15ppm)이다. 또한, 여기에서는 설명의 편의상, 수신 신호에는, 전송로를 경유할 때의 잡음은 혼입되어 있지 않은 것으로 한다.5 is a diagram illustrating a relationship between a received signal, a toggle signal, and a spread code. The received signal shown in Fig. 5A is a carrier wave (150 MHz ± 15 ppm) that is two-phase modulated by a spread code on the transmitter side. In addition, for the sake of convenience of explanation, it is assumed that noise when passing through the transmission path is not mixed with the received signal.

도 5(a)에 도시한 수신 신호와, 기대 신호와의 상관 연산을 행하면, 도 5(b)에 있어서 실선으로 나타나 있는 것 같은 파형의 상관 결과가 얻어진다. 토글 필터(101)는, 이 실선으로 나타낸 파형을 토글 신호로서 출력한다.When the correlation calculation between the received signal shown in Fig. 5A and the expected signal is performed, the correlation result of the waveform as shown by the solid line in Fig. 5B is obtained. The toggle filter 101 outputs the waveform shown by this solid line as a toggle signal.

도 5(b)에 도시되어 있는 토글 신호의 파형 중에서, 피크로 되어 있는 부분은, 수신 신호 중에서, 기대 신호의 파형과 가장 일치하는 듯한 부분적인 파형이 존재하고 있는 위치(즉, 토글점으로 생각되는 위치)를 표시하고 있다. 실제로, 송신측에 있어서 반송파를 확산하기 위해서 사용된 확산 부호(도 5(b)에 있어서 파선으로 나타낸 파형)와, 토글 신호를 포개 보면, 토글 신호에 있어서의 피크 위치가, 확산 부호의 위상변화점과 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 이렇게, 본 실시형태 에 관한 통신장치의 수신기에 있어서는, 수신 신호가 입력되면, 우선, 수신 신호와 기대 신호와의 상관 연산이 행해지고, 이에 따라, 수신 신호에 포함되어 있는 토글점의 후보가 검출되도록 되어 있다.Among the waveforms of the toggle signal shown in FIG. 5 (b), the peaked portion is the position where the partial waveform of the received signal that most closely matches the waveform of the expected signal is present (that is, a toggle point. Position) is displayed. In fact, when the spreading code (waveform shown by broken line in Fig. 5 (b)) and the toggle signal used to spread the carrier on the transmitting side are superimposed, the peak position in the toggle signal is the phase change of the spreading code. You can see that it matches the point. In this manner, in the receiver of the communication apparatus according to the present embodiment, when a received signal is input, first, a correlation operation between the received signal and the expected signal is performed, so that a candidate of the toggle point included in the received signal is detected. It is.

도 6은, 송신측에 있어서 반송파의 확산을 위해서 사용되는 확산 부호의 파형, 및, 확산 부호에 의해 확산된 반송파의 파형의 1예로서, 반송파와 확산 부호가 동기하고 있는 예를 도시한 도면이다. 또, 도 7은, 반송파와 확산 부호가 비동기인 경우의 반송파의 파형의 예를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which a carrier and a spread code are synchronized as one example of a waveform of a spread code used for spreading a carrier on a transmitting side and a waveform of a carrier spread by a spread code. . 7 is a figure which shows the example of the waveform of a carrier when a carrier and a spreading code are asynchronous.

우선, 도 6(a)에 도시한 확산 부호에 의해 확산되면, 반송파는, 도 6(b)에 도시한 바와 같은 파형이 된다. 또한, 도 6(c)는, 도 6(b)의 반송파의 일부(P)에 대응하는 확산 부호의 일부(도 6(a)에 있어서 Q의 부분)의 확대도이며, 도 6(d)는, 도 6(b)의 반송파의 일부(P)의 확대도이다.First, when spread by the spread code shown in Fig. 6A, the carrier becomes a waveform as shown in Fig. 6B. 6 (c) is an enlarged view of a part of the spreading code (part of Q in FIG. 6 (a)) corresponding to a part P of the carrier of FIG. 6 (b), and FIG. 6 (d). Is an enlarged view of a part P of the carrier of FIG. 6 (b).

도 6(d)에 도시되어 있는 바와 같이, 이 반송파의 일부(P)에 있어서는, 도 6(c)에 도시한 확산 부호에 의해, 반송파가 제로가 된 위치에서 위상이 180도 변화하고 있다. 즉, 이 예에 있어서는, 반송파가 제로를 가로 지르는 순간에 확산 부호가 동기하고 있다.As shown in Fig. 6 (d), in part P of this carrier, the phase code is changed 180 degrees at the position where the carrier becomes zero by the spread code shown in Fig. 6 (c). In other words, in this example, the spreading code is synchronized at the moment when the carrier crosses zero.

다만, 송신측에 있어서 반송파가 확산 부호에 의해 확산될 경우, 확산 부호가 반전하는 타이밍과, 반송파가 제로의 위치를 가로 지르는 순간과는, 반드시 일치하지 않는다. 즉, 반송파와, 송신측에 있어서 반송파를 확산하기 위해서 사용되는 확산 부호는, 반드시 도 6(d)에 도시한 바와 같이 동기하고 있다고는 할 수 없다.However, when the carrier is spread by the spread code on the transmitting side, the timing at which the spread code is inverted does not necessarily coincide with the moment when the carrier crosses the zero position. In other words, the carrier and the spreading code used for spreading the carrier on the transmitting side are not necessarily synchronized as shown in Fig. 6D.

예를 들면, 반송파가 제로를 통과하여, 하한에 달하기 직전의 위치 등에, 반송파를 확산하는 확산 부호(도 7(a) 참조)의 반전 위치가 대응하고 있는 것 같은 경우에는, 도 7(b)에 도시한 바와 같은 토글점을 포함하는 파형이 된다. 즉, 송신측에 있어서 반송파를 확산할 경우, 반송파와 확산 부호를 동기시키지 않아도, 토글점은 형성되게 된다.For example, when the inverted position of the spread code (see FIG. 7 (a)) that spreads the carrier corresponds to the position just before the carrier passes zero and reaches the lower limit, FIG. 7 (b). The waveform includes a toggle point as shown in FIG. In other words, when the carrier is spread on the transmitting side, a toggle point is formed even if the carrier and the spread code are not synchronized.

본 실시형태에 있어서는, 반송파와 이것을 확산하는 확산 부호가 동기하고 있을 경우(도 6(d) 참조)뿐만아니라, 도 7(b)에 도시한 바와 같이, 비동기인 경우라도, 수신 신호 반송파 중에 포함되는 토글점을 안정되게 검출(예비검출)할 수 있도록 되어 있다.In the present embodiment, not only when the carrier wave and the spreading code that spreads it are synchronized (see Fig. 6 (d)) but also as shown in Fig. 7 (b), the carrier signal is included in the received signal carrier even when asynchronous. This toggle point can be stably detected (preliminary detection).

이것은, 토글 필터(101)에 있어서 복소 계산함으로써 가능해 진다. 즉, 반송파에 주파수 편차가 생기고 있었다고 해도, 반송파의 위상이 적어도 1칩 시간분(기대 신호의 절반 길이) 보증되어 있다면, 토글 필터(101)는, 반송파의 파형 그 자체로는 잡히지 않고, 반송파 중에 있어서 위상이 180도 변화하고 있는 점(토글점으로 생각되는 점)을 검출할 수 있다.This is made possible by the complex calculation in the toggle filter 101. That is, even if a frequency deviation has occurred in the carrier, if the phase of the carrier is guaranteed for at least one chip time (half the length of the expected signal), the toggle filter 101 is not caught by the waveform of the carrier itself. The point where the phase changes 180 degrees (a point considered to be a toggle point) can be detected.

이렇게, 반송파의 위상이 최저 1칩 시간분 보증되어 있다면, 토글점을 검출할 수 있으므로, 종래법(슬라이드법 등)과 비교하여, 확산 부호 길이의 비율만큼, 위상허용도가 커진다. 주기:1초, 부호길이:1023칩의 확산 부호를 사용할 경우, 2칩 시간(약 2m초간)에 반송파 위상의 180도 변화까지 허용도가 있다. 따라서, 반송파 주파수가 150MHz일 경우에는, 250Hz의 허용도가 된다.In this way, if the phase of the carrier is guaranteed for at least one chip time, the toggle point can be detected. Therefore, compared with the conventional method (slide method or the like), the phase tolerance is increased by the ratio of the spread code length. In the case of using a spreading code having a period of 1 second and a code length of 1023 chips, there is a tolerance up to a 180 degree change in the carrier phase in two chip times (about 2 m seconds). Therefore, when the carrier frequency is 150 MHz, the tolerance is 250 Hz.

또, 주기:0.1초, 부호길이:1023칩의 확산 부호를 사용할 경우, 약 0.2m초간 에 반송파 위상의 180도 변화까지 허용도가 있고, 반송파 주파수가 150MHz이면, 2.5KHz의 허용도가 된다. 이 경우, ±16ppm의 편차까지 허용할 수 있으므로, 통상의 수정발진자의 이용이 가능하게 되고, 매우 저가격의 송신 시스템을 실현할 수 있다.In the case of using a spreading code of a period of 0.1 second and a code length of 1023 chips, there is a tolerance of up to 180 degrees of carrier phase change in about 0.2 m seconds. If the carrier frequency is 150 MHz, the tolerance is 2.5 KHz. In this case, a deviation of ± 16 ppm can be tolerated, so that a normal crystal oscillator can be used, and a very low cost transmission system can be realized.

도 8은, 잡음이 있을 경우의 수신 신호의 1예를 도시한 도면이다. 도 8(a)은, 송신측에 있어서 사용되는 확산 부호이며, 도 8(b)는, 도 8(a)의 확산 부호에 의해 반송파가 2상위상변조된 송신 신호(150MHz±15ppm)이다. 그리고, 도 8(c)는, 송신측에서 전송로를 경유해서 송신되고, 수신기에 의해 수신된 수신 신호이다.8 is a diagram illustrating an example of a received signal when there is noise. Fig. 8A is a spreading code used on the transmission side, and Fig. 8B is a transmission signal (150MHz ± 15ppm) in which a carrier wave is two-phase modulated by the spreading code of Fig. 8A. 8 (c) shows a received signal transmitted by the transmission side via the transmission path and received by the receiver.

도 8(c)의 수신 신호는, 도 8(b)의 송신 신호의 신호전력에, 대량의 잡음전력을 가하고, S/N비(수신기에 있어서 대역 제한한 단계에서의 S/N비)가 -17.4dB이 되도록 수치계산한 것이다.In the received signal of FIG. 8 (c), a large amount of noise power is applied to the signal power of the transmission signal of FIG. 8 (b), and the S / N ratio (S / N ratio at the band-limited stage in the receiver) It is calculated to be -17.4dB.

도 9는, 도 8(c)의 수신 신호를 토글 필터(101)에 입력했을 경우에 출력되는 토글 신호와, 반송파의 확산에 사용된 확산 부호와의 관계를 설명하는 도면이다. 또한, 이 도면에 있어서, 실선으로 나타나 있는 파형은 토글 신호이며, 파선으로 나타나 있는 파형은 확산 부호이다.FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the toggle signal output when the received signal shown in FIG. 8C is input to the toggle filter 101 and the spread code used for spreading the carrier. In this figure, the waveform shown by the solid line is a toggle signal, and the waveform shown by the broken line is a spread code.

도시되어 있는 바와 같이, 수신 신호에 잡음이 혼입되어 있을 경우, 토글 필터(101)로부터 출력되는 토글 신호는, 잡음이 혼입되어 있지 않은 경우(도 5(b) 참조)와 비교하면, 변형되어 있다. 또한, 이 토글 신호 중에서, 피크로 되어 있는 부분이, 수신 신호에 포함되는 토글점으로 생각되는 위치를 표시하고 있다.As shown in the figure, when noise is mixed in the received signal, the toggle signal output from the toggle filter 101 is deformed compared with the case where noise is not mixed (see FIG. 5 (b)). . In this toggle signal, the peaked portion indicates the position of the toggle point included in the received signal.

실제로, 송신측에 있어서 반송파를 확산하기 위해서 사용된 확산 부호와, 이 토글 신호를 포개 보면, 토글 신호에 있어서의 피크 위치는, 확산 부호의 위상변화점과 거의 일치하고 있지만, 잡음의 영향에 의한 변형성분이 혼재되어 있으므로, 다소 알기 어렵게 되어 있다.In fact, when the spreading code used for spreading the carrier on the transmitting side and the toggle signal are superimposed, the peak position of the toggle signal is almost coincident with the phase change point of the spreading code. Since the modifying components are mixed, it becomes somewhat difficult to understand.

다만, 이 「토글 필터(101)에 의한 토글 신호의 출력」이라는 스텝은, 어디까지나 토글점의 예비검출에 그치므로, 이 시점에서(즉, 토글 신호의 파형으로부터), 수신 신호 반송파 중에 있어서의 토글점의 위치가 확정적으로 판명되어 있을 필요는 없다. 토글점, 동기 추정 위치, 및, 시프트량(α)의 엄밀한 조사는, 여기에서 출력되는 토글 신호에 기초하여 실행되는 각 스텝(상호상관기(103)에 의한 상호상관, 시프트량 계산부(104)에 의한 시프트량(α)의 계산, 복조기(105)에 의한 복조, 및, 반송파 검사부(106)에 의한 스펙트럼 검출)에 의해 행해진다.However, since the step of "outputting the toggle signal by the toggle filter 101" is only preliminary detection of the toggle point, at this point (that is, from the waveform of the toggle signal), the received signal carrier wave The position of the toggle point does not have to be definite. The rigorous investigation of the toggle point, the synchronous estimation position, and the shift amount α is performed based on the toggle signal outputted here (correlation by the cross-correlator 103, the shift amount calculation unit 104). Calculation by the demodulator 105, and spectrum detection by the carrier inspection unit 106).

도 10은, 도 9의 토글 신호(도 8(c)의 수신 신호가 입력된 결과, 토글 필터(101)로부터 출력된 신호)와, 확산 부호와의, 상호상관기(103)에 의한 상호상관의 결과(상호상관함수)를 도시한 도면이다. 도시되어 있는 상호상관치의 중에서, 최대치가, 확산 부호에 주어야 할 시프트량(α)의 후보(α1, α2…)가 된다.Fig. 10 shows the cross-correlation of the toggle signal of Fig. 9 (the signal output from the toggle filter 101 as a result of the reception signal of Fig. 8 (c) being input) and the spreading code. It is a figure which shows a result (correlation function). Of the cross-correlation values shown, the maximum value is a candidate (α1, α2 ...) of the shift amount α to be given to the spread code.

본 실시형태에 있어서는, 토글점 후보의 검출을 위한 단시간 상관에 의해, 주파수편차를 극복하고, 확산 부호 시퀀스 전체에 걸쳐 토글 신호를 얻기 위한 전처리를 실시하고, 그 후, 확산 부호의 미분치의 절대치와 토글 신호를, 확산 부호 시퀀스 전체에 걸쳐서 상호상관하고, 그 결과를 분석함으로써, 장해가 되는 목적외의 신호(다전력의 불규칙 잡음을 포함한다.)를 최종적으로 제거하고, 고속으로 동기를 확립하는 것이 가능하게 된다.In this embodiment, the short time correlation for detection of the toggle point candidate is used to overcome the frequency deviation, perform preprocessing to obtain the toggle signal over the entire spreading code sequence, and then the absolute value of the derivative value of the spreading code and By correlating the toggle signal throughout the spread code sequence and analyzing the result, it is necessary to finally remove the unwanted signal (including multi-power irregular noise) and establish synchronization at high speed. It becomes possible.

도 11은, 복조기(105)로부터 출력된 복조 신호(시프트량(α)을 주어서 시프트시킨 확산 부호에 의해 복조된 수신 신호)가, 반송파 검사부(106)에 있어서 스펙트럼으로서 검출되는 예를 도시한 도면이다. 이 예에서는, 도시되어 있는 바와 같이, 150MHz의 1개의 스펙트럼을 확인할 수 있다.11 shows an example in which a demodulation signal output from the demodulator 105 (a received signal demodulated by a spread code shifted by shifting the shift amount α) is detected as a spectrum in the carrier inspection unit 106. FIG. to be. In this example, as shown, one spectrum of 150 MHz can be confirmed.

이렇게 본 발명에 의하면, 반송파의 주파수편차를 허용하고, 반송파와 확산 부호가 동기하고 있지 않은 토글점이라도 안정되게 검출할 수 있기 때문에, 고속으로 동기를 확립시킬 수 있다. 이 때문에, 송신 시간, 및, 송신을 위한 전력을 매우 작게 할 수 있다. 또한, 동기 포착의 짧음은, 비화성, 전지구동 시간의 문제를 비롯하여, 각 방면에서 유익한 효과를 가져오게 된다.Thus, according to the present invention, since the frequency deviation of the carrier wave is allowed and even the toggle point where the carrier wave and the spreading code are not synchronized can be stably detected, synchronization can be established at high speed. For this reason, the transmission time and the power for transmission can be made very small. In addition, the shortness of the synchronization capture has a beneficial effect in each aspect, including the problem of incompatibility and battery driving time.

또한, 여기에 말하는 「고속」이란, 구체적으로는, 「확산 부호의 1시퀀스 분의 시간」을 의미한다. 즉, 수신 개시로부터, 사용되는 확산 부호의 1시퀀스 분의 시간내에, 동기를 확립시킬 수 있다. 예를 들면, 1칩 시간이 0.1m초, 부호길이가 1023칩인 확산 부호를 사용했을 경우, 1시퀀스는 0.1초이다.In addition, "high speed" here means specifically, "time for one sequence of spreading codes." That is, synchronization can be established within the time of one sequence of the spreading code used from the start of reception. For example, in the case of using a spreading code having a chip time of 0.1 m second and a code length of 1023 chips, one sequence is 0.1 second.

따라서, 8시퀀스를 송신한다고 해도, 0.8초로 송신을 끝낼 수 있고, 8비트의 정보를 보낼 수 있다. 예를 들면, 10초에 1번의 버스트 송신이면, 12분의 1의 시간밖에 이용하고 있지 않으므로, 그 밖의 시간을, 별도의 통신에 이용하는 것이 가능하게 된다. 또, 통상은 긴 시간이 필요로 되는 스펙트럼 확산 통신이, 단속적인 통신으로 가능하게 된다.Therefore, even if eight sequences are transmitted, transmission can be completed in 0.8 seconds and eight bits of information can be sent. For example, if the burst transmission is once every 10 seconds, since only one-twelfth of the time is used, other time can be used for other communication. In addition, spread spectrum communication, which usually requires a long time, is enabled by intermittent communication.

또한, 반송파 주파수 150MHz, 확산 부호 길이를 1초정도로 했을 경우, 주파수편차 0.5Hz를 분해할 수 있게 되고, 수신국으로부터의 매초 1m의 시선속도를 검 출할 수 있으므로, 통신 품질이 향상하고, 그 결과, 동물(새, 인간 등)이나 저속이동체에 부착한 저품질의 송신기와의 사이에서도 통신이 가능하게 된다. 또, 저속이동체의 속도검출, 위치 추정으로의 이용이 가능하게 된다.When the carrier frequency is 150 MHz and the spread code length is about 1 second, the frequency deviation of 0.5 Hz can be resolved, and the line speed of 1 m per second from the receiving station can be detected. As a result, the communication quality is improved. It is also possible to communicate with a low quality transmitter attached to an animal (bird, human, etc.) or a slow moving object. Further, the low speed moving body can be used for speed detection and position estimation.

도 12는, 복조기(105)로부터 출력된 복조 신호가, 반송파 검사부(106)에 있어서 스펙트럼으로서 검출되는 다른 예를 도시한 도면이며, 10Hz 떨어진 두개의 반송파를 혼합해서 수치계산한 예를 도시한 것이다.FIG. 12 shows another example in which the demodulated signal output from the demodulator 105 is detected as a spectrum in the carrier inspection unit 106. FIG. 12 shows an example in which two carriers separated by 10 Hz are mixed and numerically calculated. .

도시되어 있는 바와 같이, 이 예에서는, 150MHz와, 150MHz+10Hz의, 두개의 스펙트럼을 확인할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 반송파의 주파수는 동기가 확립되고나서 복조되어, 검출되기 때문에, 동일한 확산 부호를 가지는 다른 반송파의 주파수에 의해 정보의 전송이 가능하게 된다. 즉, 반송파의 주파수(150MHz±15ppm(2.25kHz))의 편차를, 5Hz로 분리할 수 있다. 따라서, 다중통신이 가능하게 된다.As shown, in this example, two spectra, 150 MHz and 150 MHz + 10 Hz, can be identified. In the present invention, since the frequency of the carrier is demodulated and detected after the synchronization is established, information can be transmitted by the frequencies of other carriers having the same spreading code. That is, the deviation of the carrier frequency (150 MHz ± 15 ppm (2.25 kHz)) can be separated by 5 Hz. Therefore, multiple communication is possible.

또, 본 실시형태에 있어서는, 최초에 토글점의 후보를 검출하고, 그 후에, 확산 부호를 적용하도록 구성되어 있으므로, 복수의 확산 부호를 동시에 검출하는 것이 가능하게 된다. 즉, 복수의 확산 부호, 반송파의 복수의 주파수에 의해 정보의 전송이 가능하게 된다. 따라서, 보다 넓은 수법으로 다중통신이 가능하게 되고, 이에 따라, 대량의 통신이 가능하게 된다. 또, 혼신을 적합하게 억제할 수 있다.Moreover, in this embodiment, since it is comprised so that a candidate of a toggle point may be detected first and a spreading code is applied after that, it becomes possible to detect several spreading codes simultaneously. That is, information can be transmitted by using a plurality of spreading codes and a plurality of frequencies of carrier waves. Therefore, multiple communication is possible with a wider method, and therefore, a large amount of communication is possible. Moreover, interference can be suppressed suitably.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 토글 검출부로서 토글 필터(101)가 이용되고, 이 토글 필터(101)에 의해 수신 신호의 위상변화점을 검출하도록 구성되어 있 지만, 노이즈가 적은 환경에서는, 토글 필터를 이용하지 않고, 힐베르트 변환에 의해, 혹은, 위상검파(위상지연이나 PLL(Phase Locked Loop)에 의한 위상검파)에 의해, 수신 신호의 위상변화점을 검출하도록 하여도 좋다. 또, 토글 검출부를, 표면탄성파소자(SAW)필터, DSP, 혹은, 그 밖의 회로에 의해 구성할 수도 있다.In the present embodiment, the toggle filter 101 is used as the toggle detection unit, and the toggle filter 101 is configured to detect the phase change point of the received signal. However, the toggle filter 101 is a toggle filter in a low noise environment. The phase change point of the received signal may be detected by Hilbert transform or by phase detection (phase detection by phase delay or phase locked loop) without using?. In addition, the toggle detection unit may be configured by a surface acoustic wave element (SAW) filter, a DSP, or another circuit.

또, 본 발명은, 적용되는 전송매체가 한정되는 것이 아니라, 전파에 의한 통신, 음파에 의한 통신, 광파에 의한 통신 중 어느 것이라도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 초저전력의 장거리통신뿐만 아니라, 고출력의 스펙트럼 확산 통신에 적용할 수도 있다.The present invention is not limited to the transmission medium to be applied, and any one of communication by radio waves, communication by sound waves, and communication by light waves can be suitably applied. In addition, the present invention can be applied to high power spectrum spread communication as well as ultra low power long distance communication.

본 발명의 스펙트럼 확산방식의 통신장치는, 우선, 수신 신호 반송파의 속에 존재하는 토글점의 후보를 검출해서 토글 신호를 출력하고, 출력된 토글 신호와, 확산 부호의 미분치의 절대치와의 상호상관을 취하고, 상호상관의 최대치의 위치로부터, 확산 부호의 시프트량을 계산하고, 그 계산된 시프트량에 따라 시프트시킨 확산 부호를 승산함으로써 수신 신호를 복조하도록 했으므로, 반송파의 주파수를 엄밀하게 알고 있지 않은 상태라도, 확산 부호의 동기 확립이 가능하게 된다.The spread spectrum communication apparatus of the present invention first detects a candidate of a toggle point existing in a received signal carrier and outputs a toggle signal, and then correlates the output toggle signal with the absolute value of the derivative value of the spread code. The received signal is demodulated by calculating the shift amount of the spread code from the position of the maximum value of cross-correlation and multiplying the spread code shifted according to the calculated shift amount, so that the frequency of the carrier is not strictly known. Even if the spreading code is synchronized, the synchronization can be established.

따라서, 반송파의 주파수편차를 허용하고, 반송파와 확산 부호가 동기하고 있지 않은 토글점이 수신 신호에 포함되어 있을 경우라도, 안정되게 토글점을 검출할 수 있고, 고속동기의 실현이 가능하게 된다.Therefore, even when a toggle point in which the frequency deviation of the carrier wave is allowed and the carrier signal and the spreading code are not synchronized is included in the received signal, the toggle point can be stably detected, and high-speed synchronization can be realized.

Claims (8)

삭제delete 토글 검출부와 복조부를 가지는 스펙트럼 확산방식의 통신장치로서, 상기 토글 검출부는, 미리 보유하고 있는 기대 신호와, 수신 신호 반송파와의 상관 연산을 행함으로써 수신 신호 반송파의 속에 존재하는 토글점의 후보를 검출하도록 구성되고, 상기 기대 신호는, 수신 신호 반송파의 속에 존재하고 있을 것이라고 예상되는 토글점의 파형을 포함하는 신호로서, 확산 부호의 2칩 시간분의 길이의 신호, 또는, 그것보다도 짧은 신호인 것을 특징으로 하고, 상기 복조부는, 그 검출 결과를 바탕으로 계산된 시프트량에 따라 시프트시킨 확산 부호를, 수신 신호에 승산함으로써, 수신 신호를 복조하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 통신장치. A spread spectrum communication device having a toggle detection unit and a demodulation unit, wherein the toggle detection unit detects a candidate of a toggle point existing in a reception signal carrier by performing a correlation operation between an expected signal held in advance and a reception signal carrier. Wherein the expected signal is a signal including a waveform of a toggle point that is expected to exist in a received signal carrier, and is a signal of a length of two chips of a spread code or a signal shorter than that. The demodulation unit is configured to demodulate the received signal by multiplying the received signal by a spread code shifted according to the shift amount calculated based on the detection result. 제 2 항에 있어서, 상기 토글 검출부는, 토글점 후보의 검출 결과로서 토글 신호를 출력하도록 구성되고, 이 토글 신호와, 확산 부호의 미분치의 절대치와의 상호상관치를 바탕으로, 확산 부호에 주어져야 할 시프트량의 후보가 계산되고, 상기 복조부는, 그들의 시프트량의 후보마다 확산 부호를 시프트시켜서 수신 신호를 복조하도록 구성되고, 복조부에 의해 복조된 수신 신호의 반송파 스펙트럼의 유효성이 검사되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 통신장치.3. The toggle detection unit according to claim 2, wherein the toggle detection unit is configured to output a toggle signal as a detection result of the toggle point candidate, and is to be given to the spread code based on a correlation between the toggle signal and the absolute value of the derivative value of the spread code. The candidate of the shift amount is calculated, and the demodulator is configured to demodulate the received signal by shifting the spreading code for each candidate of the shift amount, and is configured to check the validity of the carrier spectrum of the received signal demodulated by the demodulator. Communication device, characterized in that. 제 3 항에 있어서, 확산 부호에 주어져야 할 시프트량의 후보가 계산될 때, 토글 신호의 푸리에 변환치와, 확산 부호의 미분치의 절대치의 푸리에 변환치와의 상호상관이 행해지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 통신장치.4. The method according to claim 3, wherein when the candidate of the shift amount to be given to the spread code is calculated, the correlation between the Fourier transform value of the toggle signal and the Fourier transform value of the absolute value of the derivative value of the spread code is configured. Communication device. 삭제delete 수신 신호 반송파의 속에 존재하는 토글점의 후보를 검출하는 제1스텝과, 그 검출 결과를 바탕으로, 시프트량을 계산하는 제2스텝과, 계산된 시프트량에 따라서 시프트시킨 확산 부호를 수신 신호에 승산함으로써, 수신 신호를 복조하는 제3스텝이 순차 실행되는 것을 특징으로 하고, 수신 신호 반송파의 속에 존재하고 있을 것이라고 예상되는 토글점의 파형을 포함하는 신호로서, 확산 부호의 2칩 시간분의 길이의 기대 신호, 또는, 그것보다도 짧은 기대 신호가 미리 준비되고, 상기 제1스텝에 있어서, 상기 기대 신호와, 수신 신호 반송파와의 상관 연산을 행함으로써, 토글점의 후보가 검출되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 확산 통신의 고속동기 확립법.A first step of detecting a candidate of a toggle point existing in the received signal carrier, a second step of calculating a shift amount based on the detection result, and a spread code shifted according to the calculated shift amount to the received signal By multiplying, the third step of demodulating the received signal is sequentially executed, and includes a waveform of a toggle point that is expected to exist in the received signal carrier, and is a length of two chip times of a spread code. An expected signal of, or a shorter than expected signal is prepared in advance, and in the first step, the candidate of the toggle point is detected by performing a correlation operation between the expected signal and the received signal carrier. Fast synchronization establishment method of spread spectrum communication. 제 6 항에 있어서, 상기 제1스텝에 있어서, 토글점 후보의 검출 결과로서 토글 신호가 출력되고, 상기 제2스텝에 있어서, 토글 신호와, 확산 부호의 미분치의 절대치와의 상호상관치를 바탕으로, 확산 부호에 주어져야 할 시프트량의 후보가 계산되고, 상기 제3스텝에 있어서, 그들의 시프트량의 후보마다 수신 신호의 복조 가 행해지는 동시에, 그들의 복조된 수신 신호의 반송파 스펙트럼의 유효성이 검사되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 확산 통신의 고속동기 확립법.7. The method according to claim 6, wherein in the first step, a toggle signal is output as a detection result of the toggle point candidate, and in the second step, based on a correlation between the toggle signal and the absolute value of the derivative value of the spread code. The candidate of the shift amount to be given to the spreading code is calculated, and in the third step, the received signals are demodulated for each candidate of the shift amount, and the validity of the carrier spectrum of the demodulated received signals is checked. A high-speed synchronization establishment method of spread spectrum communication. 제 7 항에 있어서, 상기 제2스텝에 있어서, 확산 부호에 주어져야 할 시프트량의 후보가 계산될 때, 토글 신호의 푸리에 변환치와, 확산 부호의 미분치의 절대치의 푸리에 변환치와의 상호상관이 행해지는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 확산 통신의 고속동기 확립법.8. The method as claimed in claim 7, wherein in the second step, when the candidate for the shift amount to be given to the spreading code is calculated, the correlation between the Fourier transform value of the toggle signal and the Fourier transform value of the absolute value of the derivative value of the spread code is calculated. A high speed synchronization establishment method of spread spectrum communication, characterized in that performed.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0690222A (en) * 1992-06-29 1994-03-29 Mitsubishi Electric Corp Receiver for spread spectrum communication
JPH07221805A (en) * 1994-02-02 1995-08-18 Nec Corp Automatic frequency controller
KR20000010516A (en) * 1998-07-17 2000-02-15 아끼구사 나오유끼 Correlation device and delay lock loop circuit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0690222A (en) * 1992-06-29 1994-03-29 Mitsubishi Electric Corp Receiver for spread spectrum communication
JPH07221805A (en) * 1994-02-02 1995-08-18 Nec Corp Automatic frequency controller
KR20000010516A (en) * 1998-07-17 2000-02-15 아끼구사 나오유끼 Correlation device and delay lock loop circuit

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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